JP3212873B2 - 階調画像生成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像生成方法に関
し、特にディスプレイやプリンタ等の表示装置に階調デ
ータを表示するための階調画像生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディスプレイやプリンタ等の表示
装置では、文字や図形等を画素単位で表現し、そのまま
のイメージでビットマップメモリと呼ばれる映像メモリ
に格納し、それを順次読み出して自由なパターンを表示
する方法が採用されている。このような画像生成方法
は、表示画像を画素単位で記憶するため、ビットマップ
メモリとして大量のメモリを必要とするが、表示画像と
メモリとの対応付けが直接的であるので操作性が高く、
また多色表示も容易であるため、この種の画像生成方法
が必要とされている。

【０００３】この種の画像生成方法としては、文字や図
形等のアウトライン（「輪郭線」ともいう）を離散的デ
ータ（「ベクトルデータ」ともいう）として記憶してお
き、この記憶しておいたベクトルデータを読み出して必
要に応じて拡大や縮小、回転等の変形処理を施した後、
直線および曲線により補間してアウトラインを算出し、
このアウトラインの内部を塗りつぶすことによりメモリ
上に２値画像を生成する方法が知られている。しかし、
この方法では、２値画像であるために斜線部や曲線部で
解像度の限界からくるがたつきや小さいサイズの画像が
つぶれるという問題が生じる。この問題を解決するため
に、まずベクトルデータから２値画像を生成し、次に生
成された２値画像を階調画像に変換する方法が知られて
いる。

【０００４】このような階調画像生成方法としては、例
えば特開平２−２７５４９４号公報や特開平３−１５６
４９４号公報に記載された方法を挙げることができる。
これらの方法では、階調画像を生成するために、それよ
りも大きなサイズの２値画像データをベクトルデータか
ら生成している。例えば、図１０（ａ）に示すような５
×６のサイズの５階調画像を生成しようとしたとき、ま
ず、それよりも大きな図１０（ｂ）に示すような１０×
１２のサイズの２値画像をベクトルデータから生成す
る。次に、この生成された２値画像を２×２のサイズの
小ブロックに分割し、各ブロックに含まれるｏｎ画素の
数を計数しそれを階調値とすることで階調画像を生成し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の階調画像生成方法では、ベクトルデータから２
値画像を生成する必要があり、２値画像記録用のメモリ
が余分に必要となるため、特に出力の階調数が大きいと
それに応じて大きな２値画像記録用メモリが必要になる
という問題がある。

【０００６】また、前述した従来の階調画像生成方法で
は、２値画像の生成と階調画像への変換という２段階の
処理が必要となり、画像生成に時間がかかるという問題
がある。

【０００７】さらに、前述した従来の階調画像生成方法
では、２値の画像データから階調画像を生成するため
に、特に出力の階調数が少なく小さいサイズの画像を生
成する場合には、２値画像が量子化誤差のために歪んで
しまい、正確な階調画像を生成することができないとい
う問題がある。

【０００８】従って、本発明は前述した問題点に鑑みて
なされたものであり、表示装置上に見やすい画像を少な
いメモリで高速に生成することを可能にする階調画像生
成方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明の階調画像生成方法は、表示対象図形を格
子状の画素単位で表現し該画素毎に該画素の面積を記憶
する面積記憶メモリと、前記表示対象図形を生成するた
めのベクトルデータを記憶するベクトルデータ記憶手段
と、を備え、前記ベクトルデータ記憶手段から読み出し
た前記ベクトルデータに対して必要に応じて拡大や縮小
等の変形処理を施した後、直線および／または曲線によ
り補間してアウトラインを出力し、該アウトラインの内
部の塗りつぶされるべき領域の面積を画素単位で前記面
積記憶メモリに記憶し、該面積記憶メモリの面積値を階
調値に変換することにより前記表示対象図形の階調デー
タを生成するものであり以下の特徴を有する。

【００１０】すなわち、本発明の階調画像生成方法は、
前記アウトラインを微少直線に分割し、該微少直線毎に
ベクトルデータの塗りつぶし方向から決まる方向から見
たときに前記微少直線が作る影の面積を影のある画素毎
に計算し、影のある画素に対応する前記面積記憶メモリ
の面積値に前記影の面積を前記アウトラインの向きに応
じて加算または減算するようにしたものである。

【００１１】さらに、本発明の階調画像生成方法は、前
記微少直線が、前記格子状の画素の境界線を跨がないよ
うに前記アウトラインを分割して生成されることを特徴
とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明の実施の形態を説明するた
めのフローチャートである。図１を参照すると、本発明
の階調画像生成方法の実施の形態は、再生画像の各画素
に対応する面積記憶メモリを備え、まず、ステップＳ１
では、ベクトルデータの拡大や縮小等の変形処理のため
にパラメータを設定したり、面積記憶メモリを“０”に
初期化する等の初期設定を行う。次に、ステップＳ２で
は、ベクトルデータ記憶手段に処理対象となるベクトル
データが存在するか否かの判定を行い、ベクトルデータ
が存在する場合にはステップＳ３に進み、ベクトルデー
タが全て読み出されてベクトルデータが存在しない場合
にはステップＳ５に進む。

【００１４】ステップＳ３では、始点および終点と補間
情報とからなるベクトルデータに対して拡大や縮小、回
転等の変形処理を施し、ステップＳ４に進む。ステップ
Ｓ４では、変形処理後のベクトルデータから輪郭線の再
生と画素単位の面積計算の処理を行い、ステップＳ２に
戻る。

【００１５】ステップＳ５では、全てのベクトルデータ
について面積計算の処理を終了した後、各画素の面積値
を予め設定されている階調値に変換する処理を行った上
で、全体の処理を終了する。このとき、量子化誤差によ
る影響を取り除くため、必要に応じて面積値に対して最
大値や最小値に制限を設けたり、計算された階調値に最
大値や最小値の制限を設けるようにしてもよい。また、
階調画像では一般に２値画像に比べて輝度が低くなる場
合があるため、計算された面積値または階調値に対して
階調補正を行うようにしてもよい。なお、出力される階
調値として２階調（階調値は“０”または“１”）が与
えられた場合には当然、２値画像の生成も可能である。

【００１６】図２は、図１に示したステップＳ４におけ
る輪郭線の再生と面積計算の処理内容をさらに詳細に説
明するためのフローチャートである。図２を参照する
と、ステップＳ４１では、ベクトルデータが直線区間か
曲線区間かを判定する。ここで、直線区間の場合にはス
テップＳ４３の処理を行った後、ステップＳ４の処理を
終了する。これに対し、曲線区間の場合にはステップＳ
４２に進む。ステップＳ４２では、曲線区間を複数の直
線で近似し、それぞれの直線毎にステップＳ４３の処理
を行う。全ての直線についての処理を終了した後、ステ
ップＳ４の処理を終了する。

【００１７】ステップＳ４３では、ステップＳ４１また
はステップＳ４２から与えられた輪郭直線に対し、輪郭
直線の分割、面積計算および面積記憶メモリへの書込み
等の処理を行う。なお、ステップＳ４の中では、曲線を
直線近似して処理しているが、一般に曲線のままでは計
算が複雑になることや、解析解が求まりにくい等の問題
があるため、ステップＳ４２のように直線近似して処理
することが一般的である。

【００１８】図３は、図２に示したステップＳ４３にお
ける輪郭直線の分割と面積計算の処理内容をさらに詳細
に説明するためのフローチャートである。図３を参照す
ると、ステップＳ４３１では、ステップＳ４１またはス
テップＳ４２から与えられた輪郭直線と再生画像の画素
格子線との交点で輪郭直線を分割して微小直線を生成
し、ステップＳ４３２に進む。なお、全ての微小直線に
ついての処理が終了したときには、ステップＳ４３の処
理を終了する。

【００１９】ステップＳ４３２では、予め決められた方
向から見たときに微小直線が作る陰の面積を陰のある画
素毎に計算し、ステップＳ４３３に進む。このとき、微
小直線を含む画素の陰の面積（例えば図５（ｂ）に示し
た面積値Ｓ１）とそれ以外の陰を持つ画素の陰の部分の
面積（同じく図５（ｂ）に示した面積値Ｓ２）とのみを
計算すればよい。ステップＳ４３３では、ステップＳ４
３２で計算された面積を陰のある画素に対応する面積記
憶メモリに加算または減算し、ステップＳ４３１に戻
る。なお、加算するか減算するかは輪郭線の向きに従っ
て決定される。

【００２０】図４は、輪郭直線の一例を示す図であり、
図５は微少直線の一例を示す図である。以下、図３、図
４および図５を参照して、ステップＳ４３における処理
内容をより具体的に説明する。

【００２１】ステップＳ４３１では、ステップＳ４１ま
たはステップＳ４２から与えられた輪郭直線が、図４
（ａ）に示すように再生画像の１値画素の範囲に収まっ
ている場合には、輪郭直線をそのまま微小直線としてス
テップＳ４３２に進む。

【００２２】これに対し、輪郭直線が、図４（ｂ）に示
すように再生画像の画素格子線を跨いでいる場合には、
画素格子線との交点で分割する。例えば図４（ｂ）の場
合であれば、輪郭直線（ｘ１，ｙ１）−（ｘ２，ｙ２）
は、（ｘｐ１，ｙｐ１）、（ｘｐ２，ｙｐ２）、（ｘｐ
３，ｙｐ３）および（ｘｐ４，ｙｐ４）の４点で画素格
子線と交わっているので、微小直線（ｘ１，ｙ１）−
（ｘｐ１，ｙｐ１）、（ｘｐ１，ｙｐ１）−（ｘｐ２，
ｙｐ２）、（ｘｐ２，ｙｐ２）−（ｘｐ３，ｙｐ３）、
（ｘｐ３，ｙｐ３）−（ｘｐ４，ｙｐ４）および（ｘｐ
４，ｙｐ４）−（ｘ２，ｙ２）を順次発生し、ステップ
Ｓ４３２に進む。なお、未処理の直線区間がなくなった
ときには、ステップＳ４３の処理を終了する。

【００２３】ステップＳ４３２では、図５（ａ）に示す
ように予め決められた方向（例えば図５の場合にはＸ軸
の負の方向）から見たときの微小直線の陰として、図５
（ｂ）に示すように微小直線を含む画素の陰の面積値Ｓ
１と、それ以外の陰を持つ画素の陰の面積値Ｓ２とを計
算し、ステップＳ４３３に進む。図５の場合であれば、
画素（ｘｉ，ｙｉ）に微小直線が存在するので画素（ｘ
ｉ，ｙｉ）の陰の面積として面積値Ｓ１を計算し、画素
（ｘｉ＋１，ｙｉ）から画素（ｘｍａｘ，ｙｉ）のそれ
ぞれの画素の陰の面積として面積値Ｓ２を計算する。

【００２４】ステップＳ４３３では、画素（ｘｉ，ｙ
ｉ）に対応する面積記憶メモリにステップＳ４３２で計
算した面積値Ｓ１を加算または減算する。また、画素
（ｘｉ＋１，ｙｉ）から（ｘｍａｘ，ｙｉ）に対応する
それぞれの面積記憶メモリにステップＳ４３２で計算し
た面積値Ｓ２を加算または減算する。ここで、ベクトル
データが左回り、すなわち生成した輪郭線の向きに対し
て左側が塗りつぶす方向である場合には、輪郭線がＹ軸
の正の方向に向かう場合に加算を、輪郭線がＹ軸の負の
方向に向かう場合に減算を行う。

【００２５】なお、以上の説明においては、予め決めら
れた方向としてＸ軸の負の方向を用いたが、Ｘ軸の正の
方向、Ｙ軸の負の方向または正の方向のいずれの方向を
用いてもよい。ただし、この場合には、ベクトルデータ
の回り方向と輪郭線の向きとから決まる塗りつぶし方向
に応じて面積記憶メモリへの加算または減算を使い分け
る。

【００２６】

【実施例】次に、前述した本発明の実施の形態をより具
体的に説明するために、本発明の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。

【００２７】図６は、本発明の一実施例で用いられるベ
クトルデータの一例を示す図である。以下、図６に示し
たベクトルデータを用いて再生画像の階調データを生成
する処理について説明する。

【００２８】図６（ａ）に示したベクトルデータは、図
６（ｂ）に示したような座標系のもとで、回り方向が左
回り、すなわち輪郭線の左側が塗りつぶされる方向であ
るものとし、画像再生時の変換は１倍（すなわち、等
倍）であるものとする。また、影の方向としては、Ｘ軸
の負の方向から見たときに作られる陰を用いるものとす
る。このような場合、座標系とベクトルデータの回り方
向とから輪郭線の向きがＹ軸の正の方向に向かうときに
は計算された面積値を加算し、Ｙ軸方向の負の方向に向
かうときには計算された面積値を減算することになる。

【００２９】図１を参照すると、ステップＳ１では、変
形パラメータの設定（１倍）や、再生画像の各画素に対
応する面積記憶メモリの確保と初期化（初期値“０”）
を行う。なお、読み出すべきベクトルデータの記憶場所
の設定等のその他の設定についての説明はここでは省略
する。なお、図７（ａ）に、ステップＳ１が終了した段
階での面積記憶メモリの内容を示す。

【００３０】図１を参照すると、ステップＳ２では、ベ
クトルデータ記憶手段からベクトルデータを順次読み出
し、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、等倍の処
理を行った後、ステップＳ４に進む。

【００３１】図２を参照すると、ステップＳ４１では、
ベクトルデータが直線区間であるか曲線区間であるかを
判定する。図６に示したベクトルデータの場合には、区
間ベクトルＰ０Ｐ１、Ｐ１Ｐ２およびＰ４Ｐ５は直線区
間なので、そのままステップＳ４３に進む。これに対
し、区間ベクトルＰ２Ｐ３およびＰ３Ｐ４は曲線区間な
ので、ステップＳ４２で直線近似され、図８に示すよう
にＢｉ（ｉ＝１，２，３，…，６）で分割され、それぞ
れの直線毎にステップＳ４３に進む。これにより、ステ
ップＳ４３では、輪郭直線としてＰ０Ｐ１、Ｐ１Ｐ２、
Ｐ２Ｂ１、Ｂ１Ｂ２、Ｂ２Ｂ３、Ｂ３Ｐ３、Ｐ３Ｂ４、
Ｂ４Ｂ５、Ｂ５Ｂ６、Ｂ６Ｐ４、Ｐ４Ｐ５（＝Ｐ０）の
処理を順に行うことになる。

【００３２】図３を参照すると、ステップＳ４３１で
は、与えられた輪郭直線が画素格子線を跨ぐかどうか調
べる。図８に示すように輪郭直線Ｐ０Ｐ１、Ｂ１Ｂ２、
Ｂ２Ｂ３、Ｂ４Ｂ５、Ｂ５Ｂ６は画素格子線を跨ぐた
め、それぞれ輪郭直線と画素格子線との交点（図８の場
合には、Ｑｉ（ｉ＝１，２，３，…，７））を計算して
微少直線に分割し、順次ステップＳ４３２に進む。これ
に対し、それ以外の輪郭直線の場合には、分割の必要が
ないため、そのままステップＳ４３２に進む。

【００３３】図３を参照すると、ステップＳ４３２で
は、それぞれの微少直線に対し、Ｘ軸の負の方向から見
たときに微少直線が作る影の面積を計算し、ステップＳ
４３３に進む。例えば、図９（ａ）に示すように微少直
線Ｐ０Ｑ１では、微少直線が画素格子線と重なっている
ので、１つの画素について影の部分の面積値Ｓ１１を計
算すればよい。また、図９（ｂ）に示すように微少直線
Ｐ２Ｂ１では、微少直線が含まれる画素の面積値Ｓ２１
と、その他の影のある画素の影の面積値Ｓ２２と、を計
算するようにする。

【００３４】図３を参照すると、ステップＳ４３３で
は、ステップＳ４３２で計算された面積値を各画素に対
応する面積記憶メモリに加算または減算する。例えば、
図９（ａ）の場合であれば、輪郭直線の向きがＹ軸の正
の方向なので対象となる各画素に対応する面積記憶メモ
リに面積値Ｓ１１を加算する。すなわち、各画素に対応
する面積記憶メモリの面積値をＧｘｙ（ｘ＝０，１，
…，４、ｙ＝０，１，…，５）とすれば、 Ｇ１１＝Ｇ１１＋Ｓ１１、Ｇ２１＝Ｇ２１＋Ｓ１１、 Ｇ３１＝Ｇ３１＋Ｓ１１、Ｇ４１＝Ｇ４１＋Ｓ１１、 という具合に演算を行う。

【００３５】これに対し、図９（ｂ）の場合であれば、
輪郭直線がＹ軸の負の方向に向かっているので減算とな
り、 Ｇ２４＝Ｇ２４−Ｓ２１ Ｇ３４＝Ｇ３４−Ｓ２２、Ｇ４４＝Ｇ４４−Ｓ２２、 という具合に演算を行う。

【００３６】以上のようにして最終の区間ベクトルＰ４
Ｐ５までの処理が終了すると、図１に示したステップＳ
５に移る。図７（ｂ）に、ステップＳ４が終了した段階
での面積記憶メモリの内容を示す。最後のステップＳ５
では、計算された面積値から出力される階調値に変換す
る。

【００３７】以上、本発明の一実施形態および一実施例
について説明してきたが、本発明はこのような実施の形
態および実施例に限定されるものではなく、本発明の原
理に準ずる各種の変形を含む。

【００３８】例えば、面積値としては、定数倍した値を
用いてもよく、この場合には、面積記憶メモリとして整
数用のメモリを用いることができる。また、生成された
階調画像を格納するためのメモリが予め与えられている
場合には、そのメモリを面積記憶メモリとして利用する
ことも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
文字や図形等のベクトルデータを読み出し、直線や曲線
で補間してアウトラインを算出し、アウトラインの内部
の塗りつぶされるべき領域の面積を画素単位で面積記憶
メモリに記憶し、この面積値を階調値に変換することに
よって階調画像を生成するため、従来のように２値画像
を再生する必要がなく、処理時間を短縮できると共に、
ワークメモリを削減することができる。

【００４０】また、本発明によれば、微少直線毎に予め
決められた方向から見たときに微少直線が作る影の面積
値を計算するため、２値画像からの変換に比べて正確な
階調値を算出することができる。

【００４１】さらに、本発明によれば、面積値として定
数倍した値を用い、階調画像を格納するためのメモリを
面積記憶メモリとして利用できる場合であれば、ワーク
メモリをほとんど必要としないという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するためのフローチ
ャートである。

【図２】本発明の実施の形態における輪郭線の再生と面
積計算の処理内容をさらに詳細に説明するためのフロー
チャートである。

【図３】本発明の実施の形態における輪郭直線の分割と
面積計算の処理内容をさらに詳細に説明するためのフロ
ーチャートである。

【図４】輪郭直線の一例を示す図である。

【図５】微少直線の一例を示す図である。

【図６】本発明の一実施例で用いられるベクトルデータ
の一例を示す図である。

【図７】本発明の一実施例における初期化直後および処
理終了時の面積記憶メモリの内容を示す図である。

【図８】本発明の一実施例における曲線区間の直線近似
および輪郭直線の分割の処理を説明するための図であ
る。

【図９】本発明の一実施例における微少直線の陰の面積
計算の処理を説明するための図である。

【図１０】従来の階調画像再生方法の一例を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

Ｐ０、…、Ｐ４ 直線区間または曲線区間の両端点 Ｂ１、…、Ｂ６ 曲線区間を直線近似したときの点 Ｑ１、…、Ｑ７ 輪郭直線を分割した点

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 5/24 - 5/36 G06T 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示対称図形を格子状の画素単位で表現
   し、該画素毎に該画素の面積を記憶する面積記憶メモリ
   と、前記表示対象図形を生成する為のベクトルデータを
   記憶するベクトルデータ記憶手段と、を備え、 前記ベクトルデータ記憶手段から読み出した前記ベクト
   ルデータに対して必要に応じて拡大や縮小等の変形処理
   を施した後、直線および／または曲線により補間してア
   ウトラインを出力し、該アウトラインの内部を塗りつぶ
   されるべき領域の面積を画素単位で前記面積記憶メモリ
   に記憶し、該面積記憶メモリの面積値を階調値に変換す
   ることにより前記表示対象図形の階調データを生成する
   階調画像生成方法であって、前記アウトラインを微小直線に分割し、該微小直線毎に
   ベクトルデータの塗りつぶし方向から決まるある方向か
   ら見たときに前記微小直線が作る影の面積を影のある画
   素毎に計算し、影のある画素に対応する前記面積記憶メ
   モリの面積値に前記影の面積を前記アウトラインの向き
   に応じて加算または減算するようにした ことを特徴とす
   る階調画像生成方法。
2. 【請求項２】前記微小直線が、前記格子状の画素の境界
   線を跨がないように前記アウトラインを分割して生成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の諧調画像生成方
   法。